Prekinuti niz kompozitnih izolatora, njegovi uzroci i odgovarajuće metode analize
Trenutno se u dalekovodima električne mreže koristi veliki broj kompozitnih izolatora, koji čine oko 50 posto potrošnje linijskih izolatora. Među njima veći udio imaju linearne kule. Gotovo svi linearni stubovi u jako zagađenim područjima koriste kompozitne izolatore. Kompozitni izolator je riješio problem preskoka zagađenja koji je mučio električnu mrežu dugi niz godina sa svojim odličnim performansama protiv zagađenja, ali se problem lomljenja žice javlja s vremena na vrijeme. Za tornjeve sa jednim nizom, kada pukne niz kompozitnih izolatora, to često uzrokuje pad linije, što će donijeti ogromnu prijetnju društvenoj sigurnosti. Za višeserijske stubove, kada se struna pokida, to će također donijeti udar na stubove i druge izolatore, utičući na pouzdanost linije. Kako je brzina prekida zbog prelaska zagađenja uvelike smanjena posljednjih godina, lom žice je postao važan problem s kojim se suočavaju kompozitni izolatori.
Mnogi uzroci dovode do pucanja kompozitne izolatorske žice, a postoje mnoge razlike u izgledu i rezultatima ispitivanja. Kada dođe do loma, vrlo je važno tačno pronaći uzrok za naknadno liječenje. Istovremeno treba sumirati uzroke loma, koji imaju važan značaj za spajanje izolatora u elektroenergetsku mrežu. Stoga ćemo, u kombinaciji s oblicima pokidanih žica koje su kontaktirali pojedinci, govoriti o uzrocima pokidanih žica te kako ih analizirati i provjeriti. Mogu postojati razlozi za polomljene žice koji nisu pokriveni. Možete ostaviti poruku ili poslati e-mail za diskusiju.
1. Klasifikacija i karakteristike loma prekinutih kompozitnih izolatorskih struna
Oblici slomljenih struna kompozitnih izolatora mogu se podijeliti u tri kategorije: kidanje vanjskom silom, krto lomljenje i trulo lomljenje. Među njima je vrlo malo slučajeva kidanja vanjske sile, a lomljivo lomljenje i trulo lomljenje su glavne vrste polomljenih žica.
1.1 Vanjske sile kidanja
Uzroci kidanja vanjske sile često su ekstremno jaki vjetrovi, jako zaleđivanje konopa i skokovi od leda.
U cjelini, dio izolatora koji kontrolira mehaničku čvrstoću je općenito vrat kuglične glave, odnosno kada je podvrgnut samo zateznom naprezanju, kuglična glava se često prva slomi. Međutim, kada je podvrgnut kombinovanom delovanju torzionog naprezanja, vlačnog naprezanja ili naprezanja na pritisak, spojni deo između metalne armature i šipke jezgre kompozitnog izolatora je najkrhkiji, pa je položaj lomačesto se nalazi na spojnom dijelu spojnice i šipke jezgre.
Jezgro štapa je napravljeno od staklenih vlakana visoke čvrstoće. Kada je djelomično oštećen, a zatim potrgan pod kombiniranim djelovanjem torzijskog naprezanja i vlačnog naprezanja,lom jezgrene šipke je često neravnomjeran, neka vlakna su metlasta, a na lomu nema tragova karbonizacije.Slika 1.
Slika 1 Tipični prijelom kidanja eksternom silom
1.2 Krhki lom (napregnuta korozija)
Krhki lom je glavna vrsta loma strune u ranoj primjeni kompozitnih izolatora, a proces loma je praćen procesom korozije pod naponom.Lokacija prijeloma je moguća u unutrašnjosti krajnjih spojnica i blizu spoja krajnjih spojnica i jezgrene šipke.
Najočiglednija karakteristika krtog loma je da je veći dio loma ravan i gladak, a presjek je okomit na os jezgrene šipke.Tipična morfologija prijeloma prikazana je na slici 2.
(a) Ravni prelom
(b) Prijelom je stepenast, a svaki korak je ravan.
Slika 2 Tipična morfologija loma krtog loma kompozitnog izolatora
1.3 Lom zbog korozije (karbonizacija šipke jezgra)
Lom uslijed korozije je posljednjih godina postao glavni oblik kidanja strune kompozitnog izolatora, a njeno kidanje je praćeno dugotrajnim unutrašnjim procesom pražnjenja.Prijelom se općenito nalazi blizu visokonaponskog kraja kompozitnog izolatora.
Glavne karakteristike trule frakture su značajna karbonizacija (crnjenje) štapa jezgre, a istovremeno je lom neravnomjeran i vidljivo je vučenje žice.Tipičan oblik loma prikazan je na slici 3.
Slika 3 Tipična morfologija loma krtog loma kompozitnog izolatora
2. Uzroci i proces razvoja prekinutih žica
Među tri tipa polomljenih žica, vjerovatnoća kidanja vanjske sile je izuzetno mala, a proces je jednostavan i lako analizirati u ekstremnim vremenskim uvjetima. Stoga se u ovom radu samo predstavljaju uzroci, proces razvoja i metode analize krtog loma i trulog loma.
2.1 Krhki prijelom
Krti lom je općenito praćen procesom korozije pod naponom. Izolator nosi težinu žice i pod zatezanjem je. Kada šipka jezgra iz nekog razloga uđe u kiselu tečnost, kisela tečnost će korodirati šipku sa jezgrom. Šipka jezgre koja nije otporna na kiselinu koja se koristila u ranim kompozitnim izolatorima je pod napetošću. Pod kombiniranim djelovanjem korozije, u štapnoj jezgri postupno nastaju pukotine, a pukotine se postupno šire sve dok preostala šipka jezgre ne može podnijeti vlačnu silu i lomi se.
Iz navedenog se može vidjeti da postoje dva glavna uvjeta za krti lom: kvar zaptivke, a štap jezgra je šipka jezgra koja nije otporna na kiseline.Osim toga, stvaranje pukotina uvelike ubrzava nastanak krtog loma. Prema stvarnim slučajevima, proces razvoja krtog loma ima sljedeće dvije kategorije:
(1) Neispravnost zaptivanja - šipka jezgra je vlažna - stvara se unutrašnje pražnjenje - stvara se kisela supstanca - korozija pod naponom - šipka jezgra trpi krt lom;
(2) Proizvodni nedostaci koji su ostali na kraju (klinasta struktura) - kvar zaptivke - ulazak kiselih materija u atmosferu - korozija pod naponom - krhki lom jezgrene šipke.
Struktura klina treba da zabije klin u kraj šipke jezgra, što je lako ostaviti sitne pukotine na šipki jezgra. Kada je zaptivanje normalno, širenje sitnih pukotina je vrlo sporo. Jednom kada zaptivanje ne uspije, gornje pukotine će postati početna tačka korozije pod naponom. Konkretnu vrstu klinaste strukture možete pronaći u mom drugom člankuStruktura izolatora dalekovoda-1 (ovjesni izolator tipa porculan/stakleni disk, kompozitni izolator tipa suspenzije).
(a) Unutrašnja klinasta struktura
(b) Unutrašnji klin se pokreće da bi razdvojio šipku jezgra.
Slika 4. Unutrašnja klinasta struktura i oštećenje šipke jezgra
Postoje tri vrste kvarova zaptivača:
(1)Neispravnost krajnjeg zaptivača:Zaptivač je napukao, ili je kraj oštećen tokom ugradnje, što dovodi do kvara zaptivke.
(2)Otkazivanje brtve zbog kvara omotača:
A. Materijal omotača je loš, a omotač je korodiran vanjskim pražnjenjem; doći će do koronskog pražnjenja na površini kompozitnog izolatora po kišnom vremenu, a kraj lako izgori visokotemperaturnim lukom kada ga udari grom. U gore navedenim slučajevima, lako se puca, što dovodi do smočenja šipke jezgra.
B. Nepravilna konfiguracija prstena za izjednačavanje će uzrokovati jako koronsko pražnjenje i erodirati omotač; ako je prsten za izjednačavanje nepravilno instaliran ili parametri nisu pravilno odabrani, visokonaponski kraj će proizvesti jako koronsko pražnjenje, a dugotrajni učinak će oštetiti omotač i uzrokovati vlažnu šipku jezgre.
(3) Postoji problem na interfejsu šipke omotača i jezgra, a vlaga difuzijom ulazi u štap jezgra.
2.2 Lom zbog korozije
Trenutno, većina kompozitnih izolatora u radu koristi jezgre otporne na kiselinu, tako da je vjerovatnoća krtog loma znatno smanjena, a truli lom je postao glavni oblik lomljenja izolatorske žice. Propadanje je često praćeno dugotrajnim pražnjenjem unutar štapa jezgra, a energija koja se stvara postepeno uzrokuje promjenu strukture jezgrene šipke. S jedne strane, smola koja obavija i fiksira stakleno vlakno se raspada, a struktura staklenih vlakana postaje mekana. S druge strane, staklena vlakna su karbonizirana, a mehanička svojstva su izvanredna. Spuštajte se sve dok šipka s jezgrom ne izdrži opterećenje i ne pukne.
U ovom procesu, unutrašnji defekti se razvijaju duž radijalnog smjera štapa jezgra, a razvijaju se i u aksijalnom smjeru, a unutar štapa jezgra se stvara unutrašnji kanal pražnjenja, a jačina električnog polja na kraju je izuzetno velika, što uzrokuje omotač da prodire iznutra prema van. Tipična fotografija je prikazana na slici 5.
(a) Defektna ekspanzija unutar šipke jezgra
(b) Probijanje omotača šipke za jezgro
Slika 5 Defektna ekspanzija unutar šipke jezgra slomljena zbog korozije
Prema porijeklu unutrašnjeg pražnjenja jezgrene šipke, raspadanje se može podijeliti u sljedeće dvije kategorije:
(1) Neispravnost zaptivanja - šipka jezgra je vlažna - stvara se unutrašnje pražnjenje - stvara se kisela supstanca - korozija pod naprezanjem - šipka jezgra trpi krt lom;
Poreklo unutrašnjeg pražnjenja kod ove vrste loma je kvar krajnjeg zaptivača i oštećenje omotača, a razlozi su isti kao i kod prethodnog krtog loma.Može se vidjeti da čak i ako se koristi jezgra otporna na kiselinu, sve dok pečat ne radi, struna će i dalje biti pokidana!
(2) Postoje unutrašnji defekti u šipki jezgra—prodiranje vode—iznutra se stvara pražnjenje—generiraju se kisele supstance—erodira omotač—povećano unutrašnje pražnjenje—karbonizacija štapa jezgra;
Unutrašnji defekti šipke jezgra su generalno uzrokovani lošim sučeljem štapa i omotača, kao što je loše vezivanje, rupe za vazduh koje ostaju na interfejsu, itd. Loše vezivanje će dovesti do odvajanja i stvaranja unutrašnjih vazdušnih praznina. Postoje sljedeći ključni procesi za takve prekinute nizove:Površina omotača je netaknuta, ali vlaga ulazi u štap jezgre.
3. Metoda analize prekinutih struna
Prekinutu strunu uzrokovanu kidanjem vanjske sile lako je dobiti iz meteoroloških informacija, tako da se ovdje raspravlja samo o analizi krtog loma i trule frakture. Kada dođe do slomljene strune, prvo odredite da li je prekinuta struna lomljiva ili trula prema obliku loma i položaju loma, a zatim odaberite odgovarajuću ispitnu stavku za verifikaciju prema mogućim razlozima koji su gore navedeni.
3.1 Krti lom
Ako se ocijeni da je krhki lom, prema gore navedenom, može biti uzrokovan kvarom zaptivke plus jezgrom koji nije otporan na kiselinu, ili može biti uzrokovan zaostalim proizvodnim greškama na kraju plus kvarom zaptivanja plus ne- jezgra otporna na kiseline.
(1) Otkazivanje brtve plus jezgra koja nije otporna na kiseline
Provjera kvara završne brtve:Ista serija proizvoda se podvrgava ispitivanju nepropusnosti, seciranju polomljenih izolatorskih spojeva i otkrivanju unutrašnjih komponenti rđe.
Test zaptivanja je da se na kompozitni izolator primeni 70 procenata nazivnog mehaničkog opterećenja u trajanju od 96 sati, a zatim se kraj omota penetrantom na 20 minuta. Vizuelnim pregledom i anatomijom provjerite da li bojilo prodire u kraj i dubinu prodiranja. Završne brtve su se smatrale prihvatljivim sve dok dubina prodiranja ne dosegne šipku jezgra.
Slika 6 Test završne brtve - anatomska inspekcija dubine prodiranja nakon inkapsulacije penetranta
Neuspjeh zaptivanja kraja često je primjer. Testom zaptivanja iste serije proizvoda možda neće biti moguće pronaći problem. Međutim, ako na kraju dođe do kvara zaptivanja, trebat će neko vrijeme da se proces korozije pod naponom u potpunosti dogodi. Zbog toga se često javlja korozija unutar krajnjih spojnica. Stoga su anatomija slomljenog kraja izolatora i detekcija komponenti rđe najdirektnije i najefikasnije sredstvo.
Provjera kvara zaptivanja zbog lošeg materijala omotača: Izvršite testove praćenja i otpornosti na električnu koroziju materijala omotača kišobrana na istoj seriji proizvoda.
Otpornost materijala pokrivača kišobrana na praćenje i ispitivanje električne korozije je da se izolatorska rešetka isiječe u ravan uzorak određene debljine i provede ispitivanje metodom konstantnog napona praćenja. Ispitni napon je AC 4.5kV, a uzorak može izdržati 6h bez korozije. Smatra se da je test prošao ako dubina ne prelazi 2,5 mm.
Slika 7. Uzorci podvrgnuti praćenju i testiranju otpornosti na električnu koroziju
Provjera kvara zaptivke omotača uzrokovanog nepravilnom ugradnjom klasnog prstena:Provjerite je li prsten za nivelisanje postavljen obrnuto, da li je položaj ugradnje ispravan i izvršite proračun verifikacije električnog polja na konfiguracijskoj šemi prstena za nivelisanje.
Provjera kvara brtve uzrokovanog lošim sučeljem jezgra štap-plašt:Provesti test propusnosti šipke jezgra, test difuzije vode u omotaču šipke jezgre, test porasta temperature pojasa otpornog na frekvenciju snage, test strmog porasta temperature za istu seriju izolatora Talasni test, nekropsija.
Validacija otpornosti jezgra šipke na kiselinu:Izvršite ispitivanje otpornosti na kiselinu šipke jezgra za slomljene izolatore ili proizvode iste serije.
Test otpornosti na kiselinu štapa jezgra je da se odlepi deo omotača izolatora kako bi se štap jezgra otkrio, a zatim ga omotati sa 1mol/L azotne kiseline nakon mlevenja, i istovremeno primeniti određenu napetost tokom 96h. . Vrijednost napetosti je proizvod površine šipke jezgra i 300MPa, kao što je 96h. Nakon što šipka jezgra nije oštećena i nema značajnije pukotine na površini, smatra se da je šipka jezgra potrebna za otpornost na kiselinu. (Također poznat kao jezgra otporna na kiselinu)
Za detaljnije informacije o metodama i kriterijima gore navedenih ispitivanja, pogledajte "GB/T 19519-2014 definiciju, metode ispitivanja i kriterije prihvatljivosti za izolatore nadzemnih vodova sa nazivnim naponom iznad 1000V za sisteme naizmjenične struje sa visećim i rastezljivim Kompozitni izolatori".
(1) Preostali proizvodni defekti na kraju plus kvar zaptivke plus jezgra koja nije otporna na kiseline
Provjera kvara zaptivke i jezgrene šipke koja nije otporna na kiselinu je ista kao gore navedeno. Krajnji defekti u proizvodnji mogu se potvrditi testom opterećenja mehaničkim oštećenjem iste serije proizvoda, ali krajnji proizvodni defekti su često izolirani slučajevi i teško je precizno pratiti izvor kroz ispitivanje. To može biti potpomognuto krajnjom strukturom i položajem prijeloma. Ako kraj ima klinastu strukturu, a lom se nalazi unutar krajnjeg okova, te je blizu kraja klina koji se zabija, to znači da postoji veća mogućnost greške u proizvodnji unutra.
3.2 Lom zbog korozije
Ako se ocijeni da je krhki lom, prema gore navedenom, može biti uzrokovan unutarnjim dugotrajnim pražnjenjem uzrokovanim oštećenjem brtve, ili može biti uzrokovan unutarnjim defektima jezgre štapa, koji erodira kroz omotač s unutarnje strane prema van, uzrokujući unutrašnje dugotrajno pražnjenje koje uzrokuje lom žice.
(1) Oštećenje brtve plus unutrašnje dugotrajno pražnjenje
Metoda verifikacije kvara krajnjeg zaptivača i kvara plašta je ista kao u prethodnom odjeljku 3.1.
Ako se utvrdi da postoji rupa na šipki jezgra, bit će ključno za procjenu da li je rupa uzrokovana vanjskim uzrokom koji dovodi do kvara zaptivke omotača ili je uzrokovana unutarnjim defektom i perforacijom. Možemo početi od razlike u sastavu između unutrašnje i vanjske strane rupe. Općenito, strana s većim udjelom karboniziranih komponenti ima veću vjerovatnoću ranijeg početka pražnjenja, a vjerojatnije je da će rupa početi s ove strane.
(2) Defekti unutar šipke jezgra
Posljednjih godina bilo je slučajeva unutrašnjih defekata na šipki jezgra, uglavnom uzrokovanih lošim sučeljem jezgra štap-plašt.Provjera neispravnog interfejsa:Provesti test propusnosti šipke jezgra, test difuzije vode u omotaču šipke jezgre, test porasta temperature pojasa otpornog na frekvenciju snage, test strmog porasta temperature za istu seriju izolatora, test talasa, nekropsiju.
Ispitivanje propusnosti štapa jezgra je da se šipka jezgra iseče u uzorak dužine 10 mm, smer rezanja je okomit na štap jezgra, oba kraja ispolirajte brusnim papirom i stavite ga u crveni ili ljubičasti rastvor metilena. Gornji kraj prodire i mjeri se vrijeme dok otopina prodre unutar šipke jezgra do vrha.
Slika 8 Test propusnosti
Test difuzije vode štapa jezgra sa omotačem je da se štap jezgra iseče u uzorak dužine 30mm, smer sečenja je okomit na štap jezgra, oba kraja izbrusimo brusnim papirom, prokuvamo u rastvoru NaCl koncentracije 0,1 odsto. tokom 100h, a zatim primenite 12kV AC napon na 1min, izmerite struju curenja.
Slika 9 Odjeljak za ispitivanje difuzije vode
Test porasta temperature pojasa otpornog napona snage je primjena najvišeg radnog napona na izolator u trajanju od 30 minuta i korištenje infracrvenog zraka za mjerenje porasta temperature izolatora.
Za ispitivanje strmih talasa izolator je kuhan 42 sata, a impulsni napon strmine 1000kV/us-1500kV/μs primijenjen je 25 puta.
Obdukcija je uklanjanje omotača nožem ili vanjskom silom i promatranje površinskog stanja štapa jezgre nakon što se omotač skine.
Slika 10 Uzorak nakon nekropsije
Za detaljnije informacije o gornjim testovima, molimo pogledajte "GB/T 19519-2014 definiciju, metode ispitivanja i kriterije prihvatljivosti za izolatore nadzemnih vodova sa nazivnim naponom iznad 1000V za sisteme naizmjenične struje sa visećim i rastezljivim kompozitnim izolatorima".
Nakon što se isključi problem zaptivanja, ako je bilo koji od gore navedenih testova značajno abnormalan, može se ocijeniti da izolator vjerovatno ima problema sa sučeljem.Značajne abnormalne karakteristike svakog ispitivanja bile su:
Ispitivanje propusnosti štapa jezgra: Ispitni dio štapa jezgra je probijen rastvorom metilena u roku od 15 minuta.
štap jezgra sa testom difuzije vode u omotaču: struja curenja šipke jezgra prelazi 1mA;
Test porasta temperature pojasa otpornog naponskog napona: Tokom laboratorijskog simulacionog testa, porast temperature jezgre štapa je značajan, a porast temperature se postepeno povećava s produžavanjem vremena pritiska; ako je u pitanju samo blagi porast temperature, možda je omotač vlažan, ali nema problema unutar šipke jezgra.
Ispitivanje strmim talasom: unutrašnji slom štapa jezgra;
Nekropsija: Velika površina površine štapa jezgra je direktno izložena.
Što se tiče prosuđivanja problema sučelja kompozitnog izolatora, više informacija možete pronaći u mom drugom članku:Problemi sučelja kompozitnog izolatora i njihovo otkrivanje.